数电课程设计（红绿交通灯的设计） - 图文

西安邮电学院

数字电路课程设计报告书

学院名称学生姓名专业名称班 级实习时间——交通灯控制器

电子工程学院 XXX（XX号）

电子信息工程

电子XXXX

2010年12月6日 —— 2010年12月17日

： ： ： ： ：红绿灯交通信号系统

一、红绿灯交通信号系统功能概述

红绿灯交通信号系统为模拟实际的十字路口交通信号灯。外部硬件电路包括：两组红黄绿灯（配合十字路口的双向指挥控制）、一组手动与自动控制开关（针对交通警察指挥交通控制使用）、倒计时显示器（显示允许通行或禁止通行时间）。

二、红绿灯交通信号系统

红绿灯交通信号系统外观示意图如图1所示。

红 黄 绿

红灯 黄灯 绿灯 灯 灯 灯 倒计数 计时器 图1 十字路口交通灯模拟图

三、任务和要求

1．在十字路口的两个方向上各设一组红黄绿灯，显示顺序为其中一方向是绿灯、黄灯、红灯；另一方向是红灯、绿灯、黄灯。

2．设置一组数码管，以倒计时的方式显示允许通行或禁止通行时间，其中一个方向上绿灯亮的时间是20s，另一个方向上绿灯亮的时间是30s，黄灯亮的的时间都是5s。

3．选做：当任何一个方向出现特殊情况，按下手动开关，其中一个方向常通行，倒计时停止。当特殊情况结束后，按下自动控制开关，恢复正常状态。

4．选做：用两组数码管，实现双向倒计时显示。

四、设计思路

在实际情况下，一个十字路有一个主干道和一个支干道。主干道的车流量较大，即要求主干道绿灯亮的时间长，支干道正好相反。

设A代表主干道，B代表支干道；R代表红灯亮，Y代表黄灯亮，G代表绿灯亮。且设主、支干道红、黄、绿灯亮的四种状态分别由Q1、Q0的四种数值组合表示，时间设置如下（1代表灯亮，0代表灯灭）: 组合状态 Q1 0 0 1 1 四个状态以00-01-10-11的顺序循环出现。其工作流程图如图2： 主干道绿灯亮 支干道红灯亮 主干道（A） AR 0 0 1 1 AY 0 1 0 0 AG 1 0 0 0 BR 1 1 0 0 支干道（B） BY 0 0 0 1 BG 0 0 1 0 亮灯 时间 30s 5s 20s 5s Q2 0 1 0 1 状态00 30s 主干道黄灯亮 支干道红灯亮 状态01 5s 主干道红灯亮 支干道绿灯亮 状态10 20s 主干道红灯亮 支干道黄灯亮 状态11 5s 图2 工作流程图 五、总体方案

简单原理如下：

由555时钟信号发生电路产生稳定的“秒”脉冲信号，确保整个电路装置计时工作稳定进行。用两片74LS161作为计数器，将其输出端通过非门与74LS48相连后，把74LS48输出端连到数码管上，实现倒计时；用另外一片74LS161作为状态控制器，控制状态变量Q2Q1的变化，即实现变化：00-01-10-11；用计数器的RCO进位端作为状态控制器的脉冲；利用状态控制器对计数器实现至数操作，从而实现模30，模20，模5的转换；六个灯与由状态控制器控制的74LS74的输出端通过门电路直接相连。

总体方案原理图如下图：

主干道灯

译码驱动电路

数字显示器

计 数 器 时 钟 信 号 次干道灯 主 控 制 器

在此电路中，555时钟信号发生器产生一个以秒为单位的CP脉冲，计数器74LS161接受CP脉冲，实现同步计时。通过非门连接计数器输出端与译码驱动电路，在数码管上显示倒计时。将计数器的进位输出RCO取反用以控制其自身循环置数，对计数器的两片74LS161的输出RCO通过与门来作为红绿灯状态控制器74LS161的脉冲信号，由此，状态从00变至01，历时30s；从01至10，历时

5s；从10至11，历时20s；再从11变至00，历时5s，依次循环。状态不同，计数器置数和红绿灯如何显示不同；计数器置数不同，则模值不同，状态改变时间也不同。

计数器的置数状态如下：

当用于计数的高位片74LS161芯片输入为1101，低位片74LS161芯片输入为0110时实现模30的计数器；当用于计数的高位片74LS161芯片输入为1111，低位片74LS161芯片输入为1011时实现模5的计数器；当用于计数的高位片74LS161芯片输入为1110，低位片74LS161芯片输入为0110时实现模20的计数器。通过这种模式，实现计数器与状态控制器相互控制。

然后状态控制电路74LS74控制计时电路74LS161的输入端。当状态控制电路的输出Q1、Q0为00时实现模30的计数器，此时主干道的绿灯和支干道的红灯亮；为01时实现模5计数器，此时主干道的黄灯和支干道的红灯亮；为10时实现模20的计数器，此时主干道的红灯和支干道的绿灯亮；为11时实现模5的计数器，此时主干道的红灯和次干道的黄灯亮；然后Q1、Q0再回到00状态，这样就实现了交通灯的循环且实现了主支干道通车时间不同的功能。 六、单元电路的设计 6.1 秒脉冲产生电路

将555芯片按一定的线路接上不同的电阻和电容就可产生周期不同的脉冲信号，即不同的频率的脉冲。

本次课程设计需要以秒为单位的脉冲信号，因此利用参数为4.7u和0.1u的2个电容，与参数为4.7k和150k的2个电阻按图4构成电路。

脉冲周期T=0.7×(4.7k+2×150k) ×4.7u，约等于1s。

使用主要器件：555芯片一片、参数为4.7u和0.1u的电容、参数为4.7k和150k的电阻。

电路如下图：

6.2计时电路

利用系统的状态量Q1,Q0控制计数74LS161的置数端D0，D1，D2，D3。 计数器的置数状态如下： 控制器状态 Q1 0 0 1 1 Q0 0 1 0 1 D3 1 1 1 1 高位片 D2 1 1 1 1 D1 0 1 1 1 D0 1 1 0 1 D3 0 1 0 1 低位片 D2 1 0 1 0 D1 1 1 1 1 D0 0 1 0 1 模值 30 5 20 5 所以：

高位片：D3=D2=1；D1=Q1+Q0；D0=Q1（非）+Q0 低位片：D3=D0=Q0；D2=D3（非）；D1=0

对于每片74LS161芯片，将计数器高位进位RCO通过非门连至其同步置数端LOAD上，即：当此次计数至1111时，再接受一个脉冲信号，RCO由0变为1，同时，LOAD由1变为0，在脉冲到来时开始下一次置数。

另外，由于刚接通电路时，RCO没有进位信号，导致LOAD的值不确定，如若不加处理，将会存在数个乱码信号，此时，可以在LOAD上加一根接地的导线作为计数开关。这样，当CLK端接受脉冲信号时，计数器清0置数，拔掉导线后，计数开始，电路正常工作。

当每一状态发生变化时，置入的数据将同时改变，通过非门连接，将计数器

输出信号加至七段数码管译码驱动器74LS48上，然后把74LS48的输出接到数码管上，在数码管上显示倒计的秒数，具体显示如下：

Q1Q0 00 01 10 11 电路如下图：

主干道 绿灯 29-0 黄灯 5-0 红灯19-0 红灯 5-0 支干道 红灯（30秒） 红灯（5秒） 绿灯（20秒） 黄灯（5秒） 使用主要器件：74LS161、74LS48、74LS04、数码管、限流保护电阻。

6.3 状态控制电路

用一片74LS74离得两个D触发器来控制状态改变。其中，脉冲信号CP1和CP2均来自计时状态两片74LS161的高位进位（RCO）通过与门后的结果。Q1与Q0经过异或运算后与D1相连，Q0（非）与D0相连。

之后，将输出Q1和Q2分别各通过一个D触发器以便实现延时一秒的功能。 最后，再依据各状态的函数表达式，将延时后的Q1和Q0通过一系列门电路与两片计数器（74LS161）的置数端连接起来，实现置数功能。

使用主要器件：74LS74、74LS00、74LS04、74LS08。 电路图如下：

6.4红绿灯控制电路

红绿灯显示所代表的状态，同样与状态控制电路的状态一一对应，即主控电路的输出Q1和Q0决定了主干道和支干道的红绿灯的亮灭情况。

将通过D触发器得到的延迟一秒的Q1和Q0作为74LS139的输入，对74LS139的输出进行门电路操作，从而控制LED的红绿变化。

LED显示状态如下:

74LS139 输入 Q1 0 0 1 1 所以： Q0 0 1 0 1 D3 1 1 1 0 输出 D2 1 1 0 1 D1 1 0 1 1 D0 0 1 1 1 AR 0 0 1 1 主干道 AY 0 1 0 0 AG 1 0 0 0 BR 1 1 0 0 支干道 BY 0 0 0 1 BG 0 0 1 0 主干道：AG=D0（非）；AY=D1（非）；AR=D1或D0 支干道：BG=D2（非）；BY=D3（非）；BR=D3或D2 电路图如下：

七、总体电路图

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